Topology Optimization and Experimental Validation of a Baja Competition Brake Pedal Design

Artur Fernando de Vito Junior; Gustavo Okada; Ygor Navarro; Raphael Ragozzino; Sandro Vatanabe; André Mendes

doi:10.18540/jcecvl11iss1pp21584

Autores

Artur Fernando de Vito Junior Centro Universitario FEI, Brazil https://orcid.org/0000-0003-2451-2740
Gustavo Okada Centro Universitário FEI
Ygor Navarro Centro Universitário FEI, Brazil
Raphael Ragozzino Centro Universitário FEI, Brazil
Sandro Vatanabe Centro Universitário FEI, Brazil https://orcid.org/0009-0009-7400-290X
André Mendes Centro Universitário FEI, Brazil https://orcid.org/0000-0001-9080-7390

DOI:

https://doi.org/10.18540/jcecvl11iss1pp21584

Palavras-chave:

Otimização Topológica. Pedal de Freio. Validação Experimental.

Resumo

A indústria automotiva busca continuamente métodos inovadores para reduzir o peso dos veículos, aumentar a eficiência e manter a integridade estrutural. Este estudo apresenta um framework detalhado que combina otimização topológica (TO) e validação experimental, aplicado especificamente ao projeto de um pedal de freio para um veículo de competição Baja. A pesquisa segue um processo em múltiplas etapas, começando com a modelagem por elementos finitos, seguida da TO utilizando o ANSYS Workbench para otimizar a distribuição do material do pedal e reduzir seu peso. Posteriormente, o pós-processamento é realizado no Siemens NX para incorporar restrições de fabricação, garantindo que o projeto seja adequado para corte por jato d’água. O pedal de freio otimizado, construído em alumínio 7075-T6, pesa 42,6 g e apresenta níveis de tensão bem abaixo do limite de escoamento do material. As dimensões foram determinadas com base no espaço disponível dentro do veículo, garantindo que o pedal não interferisse na estrutura do veículo nem comprometesse a operação do piloto. Essas considerações asseguraram que o design do pedal maximizasse o conforto e a segurança do condutor. A validação experimental é conduzida por meio de medições de força e deformação, resultando em uma discrepância de 3,5% entre os valores de tensão simulados e experimentais. Após mais de 50 horas de testes em pista, incluindo uso extensivo em competições, a robustez e a viabilidade prática do design otimizado foram confirmadas. Este trabalho destaca o potencial da TO como uma ferramenta poderosa para o design de componentes leves, demonstrando sua integração com testes em condições reais e sua capacidade de aprimorar a fabricabilidade de componentes automotivos críticos. O framework apresentado não apenas valida o processo de design para pedais de freio, mas também oferece uma abordagem versátil aplicável a outros componentes veiculares, contribuindo para o objetivo mais amplo de otimizar o desempenho automotivo por meio de projetos leves.

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